Файл: Готт, В. С. Диалектика прерывности и непрерывности в физической науке.pdf

Это значит, что движение частиц можно выразить с помощью понятий, описывающих распространение волн, а распространение волн можно описать поня­ тиями, описывающими движение частиц. Такое описа­ ние возможно лишь потому, что частицы и волны во многом тождественны друг другу. Аналогия между понятиями механики и волновой оптики является от­ ражением объективных моментов, существующих меж­ ду частицами и волнами.

Итак, единство понятий о частицах и волнах в тео­ рии-де Бройля, или, иначе, в свете принципа корпуску­ лярно-волнового дуализма, раскрывается и со сторо­ ны их тождества, соответствия и взаимозамещаемости.

Большой вклад в становление диалектики понятий частицы и волны внес В. Гейзенберг, создавший мат­ ричный вариант квантовой механики и сформулиро­ вавший так называемый принцип неопределенности.

В. Гейзенберг неоднократно писал о том, что в те­ орию микромира должны входить только наблюдае­ мые величины, т. е. измеряемые в эксперименте атом­ ные частоты и интенсивности излучения, и что «прин­ цип наблюдаемости» явился основой созданного им варианта квантовой механики.

Однако в действительности В. Гейзенберг опирал­ ся не на этот принцип, а на опытные данные, которые противоречили классической механике и требовали создания новой теории, качественно отличной от клас­ сической.

Если Л. де Бройль и Э. Шредингер концентриро­ вали свое внимание на волновом (непрерывном) ас­ пекте поведения микрообъектов, то В. Гейзенберг — на корпускулярном (прерывном), и принцип наблю­ даемости, особенно в его позитивистской трактовке, был только помехой в научном творчестве В. Гей­ зенберга.

122

Об этом свидетельствует, например, одна из по­ следних публикаций В. Гейзенберга. В июне 1968 г. в Международном центре теоретической физики в Триесте на симпозиуме по проблемам современной физики В. Гейзенберг в своей интересной и содержа­ тельной лекции «Теория, критика и философия»2 на­ ряду с другими вопросами рассмотрел и вопрос о на­ блюдаемых величинах. «Мне бы не хотелось сейчас говорить об отдельных деталях, пожалуй, лучше все­ го было бы остановиться на следующем вопросе: ка­ кие идеи оказались наиболее важными в этом науч­

большую роль сыграла мысль об описании явлений только с помощью наблюдаемых величин. Но когда в 1926 г. в Берлине мне пришлось делать доклад о квантовой механике, Эйнштейн выслушал меня и внес поправки». Далее он рассказывает о том, что Эйн­ штейн пригласил его к себе домой, чтобы продолжить

рии? Теория довольно привлекательна, но что вы под­ разумеваете под «только наблюдаемыми величина­ ми»?» Гейзенберг ответил ему, что, несмотря на су­ ществование треков в камере Вильсона, он больше не верит в электронные орбиты, что следует вернуться к тем величинам, которые реально можно наблюдать, что это именно та идеология, которой Эйнштейн сам придерживался при создании теории относительно­ сти, поскольку он отказался от абсолютного времени

123

Эйнштейн объяснил ему, что в действительности это был «обходной маневр». Он сказал: «Можно ли наблюдать данное явление или нет —зависит от ва­ шей теории. Именно теория должна установить, что можно наблюдать, а что нельзя». Его аргументы бы­ ли примерно таковы: «Наблюдение означает некото­ рую связь между явлением и нашим пониманием яв­ ления. Что-то произошло с атомом, он излучил свет, свет попал на фотопластинку и т. д. и т. п. Во всей этой цепочке событий от атома до вашего глаза и до вашего сознания вы должны предполагать, что все происходит, как в старой физике. Если вы измените теорию относительно хода этих событий, тогда, конеч­ но, изменятся и наблюдения». Таким образом, Эйн­ штейн настаивал на том, что именно теория должна решать, какие величины наблюдаемы, а какие — нет. «Это замечание Эйнштейна, — отмечает В. Гейзен­ берг,— сильно помогло мне в дальнейшем, когда я вместе с Бором пытался обсуждать физическую ин­ терпретацию квантовой теории...»

Эйнштейн, продолжая беседу, заметил, что гово­ рить о том, будто следует принимать во внимание только наблюдаемые величины, весьма опасно. Пото­ му что каждая разумная теория должна позволять измерять не только прямо наблюдаемые величины, но и величины, наблюдаемые косвенно. Мах, например, всегда считал, что понятие атома приемлемо только с точки зрения удобства, с точки зрения «экономии мышления», он никогда не верил в реальное сущест­ вование атома. В наше время каждый скажет, что это чепуха, т. е. реальное существование атома стало вполне очевидно. Более того, я думаю, продолжал

124

Эйнштейн, что наши знания не станут богаче, если мы будем рассматривать атом просто как удобное поня­ тие, хотя логически такая точка зрения вполне до­ пустима. Таково было кредо Эйнштейна. В. Гейзен­ берг отсюда сделал следующий вывод: в квантовой механике это означало, что доступными для наблю­ дения являются не только частоты и амплитуды, но также, в частности, и амплитуды вероятности, и вол­ ны вероятности и т. д., которые, конечно же, пред­ ставляют собой объекты совершенно другой природы.

«Мне следует еще добавить, — продолжал Гей­ зенберг,— что при изобретении новой схемы решаю­ щим является вопрос: от каких старых концепций вы можете, по существу, отказаться? В случае кванто­ вой теории было более или менее очевидно, что вы можете отказаться от понятия электронной ор­

биты» 3.

Таким образом, здесь мы имеем новое дополни­ тельное свидетельство о том, что пресловутый пози­ тивистский принцип «принципиальной наблюдаемо­ сти» не играл фундаментальной роли в создании квантовой механики.

Выразив с помощью математического аппарата взаимосвязь между различными характеристиками микрообъектов, Гейзенберг как следствие получил со­ отношение между неопределенностями в определении координаты и импульса, энергии и времени.

Позитивистские утверждения об особой роли «принципа наблюдаемости» в создании квантовой ме­ ханики вызывают все больше и больше критических оценок не только со стороны сознательных сторонни­ ков диалектического материализма, но и многих уче­ ных капиталистического мира, в том числе и фило­ софов.

3 Там же.

125

В. С. Швырев4 справедливо обратил внимание на антипозитивистский подход к проблеме научных по­ нятий современного американского философа Г. Макс­ велла, который, например, критикует позитивистские утверждения о том, что ненаблюдаемые объекты нау­ ки лишены предметного содержания. «Тот факт, что многие теоретические сущности, например сущности квантовой теории, сильно отличаются от наших обык­ новенных, повседневных физических объектов, не яв­ ляется какой-либо причиной, чтобы приписывать им сомнительный онтологический статус или утверждать, что они лишь «вычислительные средства» (calculating devices). В конце концов тот самый воздух,, которым мы дышим, так же как и такие вещи, как тени и зер­ кальные отражения, представляет собой сущности со­ вершенно иного рода, чем стулья и столы, но это не дает никаких оснований для опровержения их онто­ логического статуса»5.

Особенно важно подчеркнуть, что принцип неопре­ деленности устанавливает ограниченность примени­ мости понятия о траекторном движении по отношению к микрочастицам и тем самым ограниченность и поня­ тия о строгой локализации частиц в пространстве и времени, т. е. показывает предел применимости клас­ сической механики. Микрообъект, обладающий таки­ ми дискретными, принадлежащими ему характеристи­ ками, как заряд — е, спин — s, в своем движении как бы заполняет собой все пространство-время, где он существует, а взаимодействие с другими объектами приводит его к локализации с точностью, устанавли­

126

ваемой принципом неопределенности Гейзенберга. Та­ ким образом, само движение микрообъектов качест­ венно отличается от движения макрообъектов, их дви­ жение не обязательно характеризуется траекторией. Бестраекторное движение микрочастиц —это движе­ ние, аналогичное распространению волн, так что при таком движении частиц, при их взаимодействии со средой закономерно возникают явления дифракции и интерференции.

Однако принцип неопределенности, вопреки широ­ ко распространенному представлению, не исключает полностью трвекторного движения микрочастиц. При определенных условиях, когда длина волны, соответ­ ствующая импульсу частицы, достаточно мала по сравнению с пространственной областью движения, например с расстоянием между стенками катодной трубки, движение в ней электронов происходит по траекториям, и электроны ведут себя не как волны, а именно как частицы, обладающие в данный момент времени определенным положением в пространстве.

Принцип неопределенности, с одной стороны, еще более сближает понятия о волне и частице, а с дру­ гой—показывает, когда, при каких условиях эти по­ нятия необходимо рассматривать не в их тождестве, а в их различии, т. е. когда корпускулярные свойст­ ва частично можно отделить от их волновых свойств

ипротивопоставить первые вторым. Этот принцип устанавливает и меру отождествления волн и частиц,

играницу их различия, отделения друг от друга.

Из соотношения неопределенности для координа­ ты и импульса частицы APx-A x~ h видно, что если изменения координаты в результате изменения им­ пульса или, наоборот, импульса в результате измене­ ния координаты малы по сравнению с их значения­ ми, то этими изменениями можно пренебречь и рас­ сматривать движение частицы как классическое, не

127

учитывать потенциально присущих ей волновых свойств. Короче говоря, отождествлять волны и ча­ стицы возможно лишь при таких параметрах частиц, которые сравнимы по своей величине с величиной по­ стоянной Планка, которая, как известно, очень мала:

В квантовой механике ни понятие частицы не сво­ дится к понятию волны, ни понятие волны не сводит­ ся к понятию частицы.

В проявлении волновых или корпускулярных свойств объекта большую роль играют и размеры пространственно-временных параметров среды по от­ ношению к .размерам параметров объекта (это озна­ чает, что пространственно-временные характеристики материи переплетаются с ее динамическими характе­ ристиками) .

Экспериментальное доказательство существования волновых свойств у микрочастиц отнюдь не является доказательством того, что они суть волны: частицы продолжают оставаться частицами, и свести их к вол­ нам так же невозможно, как невозможно прерывность свести к непрерывности.

Микромир с его качественно отличными от макро­ мира объектами и законами их движения требовал от ученых последовательного отказа от метафизиче­ ского и механистического способа мышления, но это нелегкая задача, с которой и ныне многие физики ми­ ра еще далеко не справились.

'Следует подчеркнуть, что такие выдающиеся фи­ зики, создатели квантовой теории, как М. Планк, А. Эйнштейн, Л. де Бройль, Э. Шредингер, не призна­ вали ее за замкнутую, полную научную теорию и на­ деялись, что ее парадоксальность (с точки зрения ме­ тафизического подхода) будет устранена. Так, де

128

Бройль писал: «...возможно, в один прекрасный день окажется, что квантовая теория дает нам лишь ста­ тистическое представление определенных аспектов ле­ жащей за ним физической реальности, которую она не в состоянии описать полностью»б7.

Аналогичные идеи неоднократно высказывал и А. Эйнштейн. В конце жизни он писал: «Действитель­ но, если статистическая квантовая теория не претен­ дует на полное описание индивидуальной системы (и ее поведения во времени), то попытки найти это пол­ ное описание индивидуальной системы где-то еще, повидимому, неизбежны... В рамках концептуальной схемы статистической квантовой теории элементов та­ кого описания не содержится. С учетом этого прихо­ дится признать, что указанная схема в принципе не может служить базисом теоретической физики» 1.

Метафизический отрыв и противопоставление ди­ намических и статистических средств отображения действительности, непрерывности и прерывности, не­ обходимости и случайности, отождествление детерми­ низма с лапласовской формой причинности — таков тот фундамент, на котором строилось недоверие к статистической форме выражения закономерностей

микромира.

М. Борн, в отличие от Л. де Бройля, Э. Шредингера, А. Эйнштейна и других, которые считали, что не­ обходимо отказаться от представления о частицах и квантовых скачках, думал о том, как «найти путь, позволяющий примирить представления о частицах и волнах. Связующее звено, — писал М. Борн,' — я уви­ дел в вероятностном подходе... Моя статистическая интерпретация ф= функции была только первым ша­